城市供水过程最优待滤水浊度数学模型研究_唐德翠

混凝沉淀过程中，投药量多少是制水过程中非常关键的工艺参数，该环节中投药量多少不仅决定着水质是否合格，还是构成制水成本的重要因素。一般而言，投药量越多，胶体反应凝聚速度也就越快，沉淀速度也越快，但药耗大。投矾量偏小，投药成本减少，但沉淀池出水浊度就会增高，必将导致滤池过滤周期缩短，多消耗反冲水。目前，很多水厂在处理大流量、高浊度的水时，为了确保水质合格，采用不计成本的过量投加药剂方法，这种过量投药的方法不仅造成药剂的浪费，还不一定能确保出水水质合格。文献[1]通过试验分析了最佳投药量与原水浊度之间的定性关系，该关系表明：对同一浊度原水，当混凝剂投加量增加时，待滤水浊度具有先减小后增大的趋势，并从理论上将混凝过程分为凝聚和絮凝2个过程，投药开始阶段以凝聚过程为主，待滤水浊度随投药量增加而减少，混凝过程的后期阶段以絮凝过程为主，此阶段需要的投药量不断减少，因此，待滤水浊度并不是随投药量越多，浊度就越低，存在一个“最佳投药量”的问题。同时，混凝过程投药量多少还应根据混凝过程矾的消耗与滤池反冲洗过程中的水耗等综合因素来联合确定，以确保在一定工艺条件下使制水成本尽可能最低，这就提出了一个“最优待滤水浊度”问题。本文对目前提出的最佳投药量数学模型进行了简化和改进，并将改进后的模型应用到广东某具体水厂中，根据该厂工艺设计参数及实时运行数据，确定了该厂最佳投药量数学模型和最优待滤水浊度数学表达式，并运用实时数据库中的数据对该模型进行了检验，结果表明该模型是较准确和有效的，可以将该模型编制程序后置于上位机软件中，以实现生产过程的优化或给供操作工人以操作指导。1最优待滤水浊度数学模型1.1待滤水浊度模型建立水处理过程中，沉淀池出水浊度是自来水水质的重要指标，也是影响后续工艺消耗的重要工艺参数，其影响因素有原水浊度、原水温度、原水pH和净水剂投加量，他们之间的关系式表示为[2]：Z1=a0m1-a1Z0a2Ta3Pa4（1）式中，Z1为沉淀池出水浊度，Z0为原水浊度，m1为净水剂投加率，T为原水温度，P为原水pH，a1、a2、a3、a4为待估参数，其值均大于零。通过对广东某水厂大量生产工艺数据的分析发现，净水剂投加量和原水浊度是沉淀池出水浊度的城市供水过程最优待滤水浊度数学模型研究唐德翠1，2，朱学峰1，邹振裕3（1.华南理工大学自动化学院，广东广州510641；2.广东技术师范学院自动化学院，广东广州510635；3.广东省佛山市水业集团有限公司沙口水厂，广东佛山528000）摘要：以混凝和反冲洗2个过程能耗为目标，对目前提出的最佳投药量数学模型进行了简化和改进，并将改进后的模型应用到佛山某具体水厂中，根据该厂工艺设计参数及实时运行数据，确定了该厂最佳投药量模型数学模型和最优待滤水浊度数学表达式，并运用实时数据库中的数据对该模型进行了检验，结果表明该模型是较准确和有效的，可以将该模型编制程序后置于上位机软件中，以实现生产过程的优化或供操作工人以操作指导。关键词：城市供水；混凝投药；待滤水浊度；数学模型中图分类号：TU911.2文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)12-0024-004收稿日期：2011-06-09基金项目：佛山市禅城区产学研项目（2008B1034）作者简介：唐德翠（1976－），女，副教授，研究方向为工业过程建模、控制与优化；E-mail：decui_tang@tom.com联系作者：朱学峰，教授，博士生导师；E-mail：xfzhu@sust.edu.cn第37卷第12期2011年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.12Dec.,201124DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.12.006决定因素，于是简化式（1）得：Z1=a0m1-a1Z0a2（2）1.2滤池用水量建模另一方面，滤池反冲洗消耗由日反冲洗次数和每次反冲洗用水量确定。滤池日反冲洗次数由沉淀池进出水浊度和滤层最大含污量决定，每次反冲洗用水量则由滤池设计的反冲洗强度及反冲洗时间确定。采用机理法对滤池反冲洗次数建模，得到其数学模型为：n=24(Z1-Z2)Qe0（3）式中，n为日反冲洗次数；Z1、Z2为滤池进水和出水浊度；Q为净水工艺流量；e0为滤池最大含污量，该参数决定了滤池最大过滤周期。将式（2）代入式（3）得n=24(a0m1-a1Z0a2-Z2)Qe0（4）每次反冲洗用水量确定为[4]：Qf=qs·S·(t1+t2+t3)+qw·S·(t2+t3)（5）式中，Qf为每次反冲洗用水量；qs和qw分别为表面扫洗和反冲水洗强度；t1、t2、t3分别为气洗、气水洗和水洗时间；S为单个滤池面积。1.3最优待滤水浊度数学模型最优待滤水浊度即为在最佳投药量作用下滤池的进水浊度